我国新能源汽车领域专利申请情况分析

徐国祥,余碧涛,李福木,艾 娟

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京 100190;2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)

2010年10月,我国将新能源汽车产业确定为战略性新兴产业重点发展方向之一。超前部署新能源汽车产业的研发、产业化,力争在未来形成具有世界竞争力的汽车工业体系[1-4]。目前对于核心技术的保护,各企业均认同采用专利权的形式实施,逐渐形成了以专利为表现形式的企业间的竞争。

本文作者对新能源汽车领域专利数据进行了统计与分析,剖析了该领域专利申请的发展趋势与行业特点,以期为公众更好的利用专利资源、各企业更好的调整研发方向提供参考。

1 国内新能源汽车、动力电池专利申请分布

截至2011年3月,在中国公开的与新能源汽车技术相关的专利申请中,涉及纯电动汽车技术的专利申请为4 720件;混合动力汽车技术领域、燃料电池汽车领域的专利申请量分别为3 670件和1 912件。纯电动汽车领域专利申请中,国内申请人的申请量约为国外来华申请人申请量的5倍,并继续保持高速增长的态势;在燃料电池汽车领域,国外来华申请人的申请份额几乎占据了80%,不过近几年的申请量有降低的趋势;在混合动力汽车领域,国内申请人的申请量与国外申请人的申请量基本持平,并略占优势。

分析可知,中国专利申请中,对纯电动汽车技术的专利申请增长得最快,而国内申请人对燃料电池汽车技术的研发热情不高,对混合动力汽车技术的研究,呈现出跟随式发展的模式。

与纯电动汽车发展趋势相应,在国内申请中,截至2011年3月,在经过2002-2004年的短暂发展停滞后,动力电池技术的专利申请迎来了第二次发展高峰,中国公开的动力电池专利申请量达到3 582件,国内申请人的申请份额约占70%,并与国外申请人保持相同的申请增长趋势,增速明显高于全球速度。

这些数据表明:国内各大企业、院校及科研机构将动力电池作为新能源汽车领域的核心技术,并投入了巨大的热情与研发资源。

2 新能源汽车领域的技术主题分布

混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车同属于采用电能作为驱动能源的新能源汽车,在横向上均涉及以下3大关键技术:动力电池技术、驱动电机技术、能量管理与控制技术。

表1 国内新能源汽车领域技术重点分析[5]Table 1 Analysis of technical focus in new energy automobile of China

从表1可知:上述三大新能源汽车技术的发展重点均倾向于控制技术,其次是电池材料与电机驱动;作为动力源的动力电池(或燃料电池)与电极及其相关技术,也是重点关注的内容,主要涉及电池材料的选择与电极功率特性调节两个方面。

在追随全球重点技术发展的同时,中国选择了一条与之具有差异的技术发展路线,两方面兼顾发展,抢先对外围非核心技术进行布局。从技术主题看,中国专利申请在主要技术发展方向上基本与全球技术保持一致,但也存在某些偏离全球技术发展路线的热点领域,例如在混合动力汽车领域,我国目前仍然将动力总成结构作为主导发展方向,在动力总成的开发基础上再形成与之相配合的控制策略,而国外已将研究重点开始由传动系统布置技术逐步向高性能控制策略设计方向转移;在纯电动车领域,更是走出一条与全球发展方向存在明显不同的技术发展路线——以传动系统布置为重点研究对象,该技术难度水平相对于控制技术而言较低,可参与性更强。这也从一个侧面反映出我国企业在追随全球技术发展过程中,结合自身特点,有针对性地选择了一些与产业基础及技术实力相适应的技术点作为发展重点。

对于动力电池材料技术的研究,仍然是关注的重点,国内申请人已开始外围技术的专利布局。目前,对动力电池技术重点的研究内容在锂电池技术、电池充电器技术、电池材料技术及电量测量技术,近期热点仍集中于电池材料技术。日本丰田在该领域具有一定优势,而中国在重点关注电池基础技术领域的基础上,近期研究热点开始转向动力电池在车辆上的应用,这属于电池应用技术领域。我国选择外围领域积极布局的这种做法,也是抢占市场先机的有效途径。

3 新能源汽车领域的申请人分布

新能源汽车领域中国主要专利申请人情况见表2、表3。

表2 新能源汽车领域中国主要专利申请人情况分布[5]Table 2 Distribution of applicant in new energy automobile of China

从表2、表3可知:在国外来华申请人中,丰田、通用与福特在混合动力汽车领域的申请量中排名前三;丰田、通用与本田占据纯电动汽车领域申请量的前三位;燃料电池汽车领域的申请量排名前三的则是丰田、通用与日产。丰田与通用公司在新能源汽车领域在中国开展了强势布局,随着新能源汽车在中国的进一步应用与推广,国外企业将越来越重视在华开展专利布局。

表3 新能源汽车领域中国主要专利申请人情况分布[5]Table 3 Distribution of applicant in new energy automobile of China

在国内申请人中,奇瑞、比亚迪与长安的申请量排名混合动力汽车领域的前三位;纯电动汽车领域申请量排名前三的申请人则为比亚迪、奇瑞与清华;在燃料电池汽车领域,清华、上海神力与上海燃料电池汽车系统有限公司分列申请量的前三位。目前,我国参与新能源汽车研究的企业、科研院所、高校甚至个人较多,但并未形成具有绝对领先优势的行业领军企业或带头人。

动力电池技术国外来华申请人中,丰田、松下与日产排名前三位,其中松下公司作为专业的电子设备制造商参与到新能源汽车产业的发展中来,有着启示作用;在国内申请人中,比亚迪、奇瑞与天津力神位列前三位,其中,比亚迪自身具有较强的电池业务实力,而力神电池也是一家以电池为主导业务的企业,专业电池生产企业加入到新能源汽车产业发展中来,将对我国尽快实现新能源汽车总体技术水平的突破起到积极的作用。

4 磷酸铁锂电池技术中国专利申请分析

作为新能源汽车动力源的重要构成部分,锂离子电池在全世界范围内受到了广泛关注,正极活性材料在经历了钴酸锂、锰酸锂等材料的研究后,基于对车辆用锂离子电池的安全性考虑,磷酸铁锂[6]逐渐成为具有潜力的动力型锂离子电池正极材料。

磷酸铁锂电池专利申请量随年度变化的分布见图1。

图1 磷酸铁锂电池的申请量年度变化Fig.1 Annual change in application of lithium iron phosphate

从图1可知,2001-2003年,磷酸铁锂电池的专利申请量仅在个位数;至2007年之前,申请量仍然不足百件;2007-2010年,专利申请量呈现快速增长的趋势,其中2007年的申请量是2001年的21倍,是2006年申请量的近2倍,而2009年的专利申请量比2007年又翻了一番。由此可知,这一领域的技术正处在高速持续发展之中。

4.1 主要技术分布

从图2可知,目前磷酸铁锂电池技术的研究重点仍为磷酸铁锂材料的制备。这主要是由于磷酸铁锂材料电导率低,导致高倍率充放电性能差,实际比容量低;颗粒粒度不均匀,振实密度低,导致容量密度低。

图2 磷酸铁锂电池主要技术分布Fig.2 Distribution of technology in lithium iron phosphate

4.2 申请人情况分析

目前,对磷酸铁锂电池技术的专利申请,以比亚迪、清华大学、中南大学、比克电池和彩虹集团等申请人的申请量居多。上述申请人历年申请量的变化见图3。

图3 申请人历年申请量的变化Fig.3 Annual change of application number

从图3可知,对于集中申请期而言,比亚迪是2006-2008年,比克是2007年,彩虹集团是2010年,这与各企业研发方向的调整有关;对于高校而言,申请量基本保持稳定,不存在集中申请期,因为高校以研究为主,能进行持续稳定的研究。清华大学在2003年即申请了专利,比企业早2年;比亚迪和比克已不再进行相关技术的进一步开发;彩虹集团仅2010年即提出了15件专利申请。

4.3 对我国磷酸铁锂电池专利技术发展的建议

目前,在世界范围内,日本企业对磷酸铁锂的申请量最多,在我国国内虽然也具有一定规模的专利申请量。如何面对国外公司的专利壁垒,国内企业如何在竞争激烈的市场中拥有一席之地,制定合理的研发和专利策略至关重要。本文作者认为:高校、企业与政府三者互动,协同发展,是最有效的专利战略,积极建立大学-企业专利技术研发中心,以此为企业营造专利技术研发平台,为大学师生理论与实践的紧密结合提供常设平台,加快大学的专利成果转化;中国企业要大力发展研发机构,提高企业的研发能力;加强研发经费的投入强度,提高研发效率;加强专利外部合作,加强专利的国际保护,在此基础上最终实现提高自主创新能力的目标。

5 新能源汽车领域发展趋势预测

通过对新能源汽车技术领域中相关技术点的分析,结合行业发展现状与相关发展规划,使用电化学电池的新能源汽车领域未来几年的技术发展方向与重点趋势见表3。

表3 国内新能源汽车领域技术发展趋势[5]Table 3 Technology development trends in new energy automobile of China

在混合动力汽车领域,动力电池技术成为全球及中国发展重点;在纯电动汽车领域,全球与中国的技术发展应基本保持同步,解决电池材料的问题将是未来发展的重点;在燃料电池汽车领域,燃料电池技术是重点,第三代燃料电池技术的发展将是燃料电池汽车技术取得突破的关键;而对于动力电池技术领域,笔者认为比能量、比功率以及电池材料技术的解决将成为突破其技术瓶颈的关键所在。

6 小结

综上所述,本文作者通过对新能源汽车领域涵盖的主要类型、关键技术及与其直接相关的电化学电池的专利申请进行统计、分析,希望能够为掌握产业发展趋势,分析产业发展热点,促进我国新能源产业未来的发展有参考作用。

[1]DAI Yong-nian(戴永年),YANG Bin(杨斌),YAO Yao-chun(姚耀春),et al.锂离子电池的发展状况[J].Battery Bimonthly(电池),2005,35(3):193-195.

[2]YANG Juan-yu(杨娟玉),LU Shi-gang(卢世刚),LIU Sha(刘莎),et al.混合电动汽车用锂离子电池的研究[J].Battery Bimonthly(电池),2007,37(2):104-106.

[3]PANG Jing(庞静),LU Shi-gang(卢世刚),DU Ji-lei(杜纪磊),et al.混合电动汽车用高功率型锂离子电池[J].Battery Bimonthly(电池),2004,34(3):159-160.

[4]LIN Cheng-tao(林成涛),WANG Jun-ping(王军平),CHEN Quan-shi(陈全世).电动汽车SOC估计方法原理与应用[J].Battery Bimonthly(电池),2004,34(5):376-378.

[5]Development Planning Department of SIPO(国家知识产权局规划发展司).新能源汽车产业专利态势分析报告[J].Patent Statistics Briefing(专利统计简报),2011,(18):1-16.

[6]XIA Xi(夏熙).锂离子电池磷酸金属锂盐正极材料的发展-EV和HEV用化学电源的潜力(Ⅲ)[J].Battery Bimonthly(电池),2009,39(1):20-25.